// 设计一个支持在平均 时间复杂度 O(1) 下， 执行以下操作的数据结构。

// 注意: 允许出现重复元素。

// insert(val)：向集合中插入元素 val。
// remove(val)：当 val 存在时，从集合中移除一个 val。
// getRandom：从现有集合中随机获取一个元素。每个元素被返回的概率应该与其在集合中的数量呈线性相关。
// 示例:

// // 初始化一个空的集合。
// RandomizedCollection collection = new RandomizedCollection();

// // 向集合中插入 1 。返回 true 表示集合不包含 1 。
// collection.insert(1);

// // 向集合中插入另一个 1 。返回 false 表示集合包含 1 。集合现在包含 [1,1] 。
// collection.insert(1);

// // 向集合中插入 2 ，返回 true 。集合现在包含 [1,1,2] 。
// collection.insert(2);

// // getRandom 应当有 2/3 的概率返回 1 ，1/3 的概率返回 2 。
// collection.getRandom();

// // 从集合中删除 1 ，返回 true 。集合现在包含 [1,2] 。
// collection.remove(1);

// // getRandom 应有相同概率返回 1 和 2 。
// collection.getRandom();

# include "stdc++.h"

/* 哈希表 + 动态数组 vector
*/
class RandomizedCollection {
public:
    /** Initialize your data structure here. */
    RandomizedCollection() {}
    
    /** Inserts a value to the collection. Returns true if the collection did not already contain the specified element. */
    bool insert(int val) {
        bool res = (dict.find(val) == dict.end()); // 不存在返回true
        vec.push_back(val);
        int index = vec.size() - 1;
        dict[val].insert(index);
        return res;
    }
    
    /** Removes a value from the collection. Returns true if the collection contained the specified element. */
    bool remove(int val) {
        bool res = (dict.find(val) != dict.end() && dict[val].size() > 0); // 存在返回true
        if (res == false) {
            return false;
        }
        int lastIndex = vec.size() - 1;
        int lastVal = vec.back();
        // 从val对应的index集合中删除首个元素
        int deleteIndex = *(dict[val].begin());
        dict[val].erase(dict[val].begin());
        if (dict[val].size() == 0) {
            dict.erase(val);
        }
        // 将vec最后一个元素移动到deleteIndex处
        if (deleteIndex != lastIndex) {
            dict[lastVal].erase(lastIndex);
            dict[lastVal].insert(deleteIndex);
            vec[deleteIndex] = lastVal;
        }
        vec.pop_back();
        return res;
    }
    
    /** Get a random element from the collection. */
    int getRandom() {
        if (vec.empty()) {
            return -1;
        }
        return vec[rand() % vec.size()];
    }
private:
    vector<int> vec{};
    // 保存val和val在vec中的下标
    unordered_map<int, unordered_set<int>> dict{};
};

/**
 * Your RandomizedCollection object will be instantiated and called as such:
 * RandomizedCollection* obj = new RandomizedCollection();
 * bool param_1 = obj->insert(val);
 * bool param_2 = obj->remove(val);
 * int param_3 = obj->getRandom();
 */